国芯科技机构调研纪要

调研日期: 2024-12-04 苏州国芯科技股份有限公司成立于2001年,是一家专注于国产自主可控嵌入式CPU技术研发和产业化应用的芯片设计公司。公司致力于服务安全自主可控的国家战略,为国家重大需求和市场需求领域客户提供IP授权、芯片定制服务和自主芯片及模组产品,主要应用于信息安全、汽车电子和工业控制、边缘计算和网络通信三大关键领域。公司的自主芯片及模组产品现阶段以信息安全类为主,聚焦于“云”到“端”的安全应用,覆盖云计算、大数据、物联网、智能存储、工业控制和金融电子等关键领域,以及服务器、汽车和智能终端等重要产品。公司具有很强的技术实力和研发创新能力,曾承担多项国家科技重大专项和科研项目,并获得了多项科技奖项。公司为国家集成电路设计服务技术创新联盟理事单位、江苏省集成电路产业技术创新联盟副理事长单位和苏州半导体产业联盟理事长单位。 1、请介绍一下公司在RISC-V架构领域研发和产业化情况? 答:公司坚持CPU技术自主可控,已经掌握CPU微架构设计技术,“RISC-V 指令集”是公司目前重点研发的指令架构。在公司早先开发的RISC-V CRV0和CRV4 CPU内核基础上,面向汽车电子和工业控制的实时应用,在CRV4的基础上针对电机控制应用扩展了DSP指令,设计实现了CRV4E;完成了带功能安全的CRV4H处理器研发,该处理器对标ARM的Cortex-M4双核锁步版本,其性能超越ARM M4,且带有全国产化的生态和开发环境。面向高性能处理应用完成了64位的CRV7处理器研发,该处理器对标ARM的Cortex-A55,其性能超越A55,且带有全国产化的生态和开发环境;开发的CRV7AI CPU是基础内核CRV7的AI变种核心,融合了神经网络计算的AI协处理单元,CRV7AI的人工智能扩展机制支持流行的深度学习框架(如TensorFlow、TensorFlow Lite、PyTorch、Caffe等),并通过量化、裁剪和模型压缩等优化技术原生加速神经网络模型,为更广泛的应用提供AI计算能力。上述RISC-V CPU内核已广泛应用于汽车电子芯片领域、边缘侧-端侧AI应用领域和云侧-边缘侧-端侧安全领域的产品中。使用自主可控的CPU核,公司可以有效地降低产品设计的成本、提高设计成功率;更重要的是,使用自有CPU核,使得公司可以根据客户特定的应用需求进行定制化设计,满足特定市场和应用场景的需求,推动公司实现差异化发 展。 在汽车电子芯片领域,公司正在基于RISC-V指令架构设计下一代汽车电子芯片CCFC3009PT,其设计性能有望对标英飞凌高端产品线TC4XX系列。CCFC3009PT基于22nm RRAM工艺和4+4 RISC-V CPU核的架构设计,具备500MHz主频和6000DMIPS以上的算力,支持16MByte RRAM和6MByte SRAM,高算力的多核及大容量存储为在一颗域控芯片中整合更多的应用提供了保障。支持多种国际和国密算法,满足EVITAL-Full安全标准。支持高精度PWM技术,旨在通过提供更高精度的信号调制分辨率来优化系统性能,能够更加准确地控制电源的输出电压和电流,从而实现更高的能源转换效率和更低的系统热损耗。芯片还具备2个TSN千兆以太网接口、16路CANFD、24路LIN和2路Flexray接口。CCFC3009PT达到ASIL-D功能安全等级,适用于垮域融合、ADAS和多电机控制等汽车电子领域。在云侧信息安全领域,公司正在基于RISC-V指令架构设计下一代适用于服务器和云应用的高性能网络安全芯片CCP917T,CCP917T可支持多种国密算法和国际通用密码算法,具有PCI-E/USB/SPI等多种外设接口,目前已完成设计并开始进行流片,预计2024年一季度完成流片进行回片测试。CCP917T是以C*Core自主RISC-V架构的CRV7多核处理器,开发的新一代云安全计算芯片,适用于人工智能和 云计算安全、网络安全、运营商核心网应用。芯片的主处理器CRV7AI带有四个CRV7微内核,并融合了神经网络计算的AI协处理单元,运行主频达1.4Ghz,支持流行的深度学习框架(如TensorFlow、TensorFlow Lite、PyTorch、Caffe等),并通过量化、裁剪和模型压缩等优化技术原生加速神经网络模型,可以适应更多高性能计算、高性能处理和人工智能推理等复杂应用场景。芯片带有高性能安全引擎(SEC),支持AES/SHA/RSA/ECC等国际商用密码,也支持SM2/SM3/SM4等国密算法,支持安全启动,支持片外数据安全存储,其中SM2签名效率达到100万次/s,对称算法4KB小包性能达到80Gbps。芯片带有PCIE4.0上行下行口,最多支持256个虚拟机,支持级联扩展以提升性能。芯片还带有DDR4高速存储接口,可以运行复杂操作系统以适应各种APP应用场景,方便客户进行板卡二次开发。此外,芯片还带有千兆以太网接口、USB3.0接口、EMMC存储接口以及必要的低速外设,用以进行复杂应用。CCP917T具备了高安全性、高可靠性以及高扩展性,同时带有一定程度上的AI推理功能,参数指标优异,总体性能有望具有行业领先水平,可以适用于各种云安全领域,网络安全领域,边缘安全领域以及利用AI技术对服务器端环境变化应对的场景,对安全、性能和稳定性要求高的场合,具有较大的产品应用覆盖面,市场应用前景广阔。 在端侧信息安全领域,公司基于RISC-V指令架构推出了CCM3310S-L和CCM3310S-LP芯片。CCM3310S-L采用C*Core 32位CPU安全内核CRV0进行设计,典型工作频率30MHz,集成通用的SPI、I2C、UART、ISO7816、SWI等串行通信接口,内置8KB SRAM和64KB FLASH,产品已经取得商用密码产品认证安全芯片二级证书和中国网络安全审查技术与认证中心EAL5+证书,可广泛应用于可穿戴设备、物联网、版权保护、智能表计、智能家电等领域。CCM3310S-LP在CCM3310S-L的基础上对内部存储单元FLASH做了升级,容量从原来的64KB增加到128KB,页大小从原来的4KB减少到512B,擦写次数从1万次升级到10万次,在其它配置、性能以及安全和可靠性等级方面与CCM3310S-L保持一致,在满足原有应用的基础上扩大了产品在OBU的ESAM、智能表计的ESAM、融合SIM卡等领域的应用。 在AI MCU领域,公司基于RISC-V指令架构已推出适用于边缘计算侧AI应用的MCU CCR7002和端侧AI应用的MCU CCR4001S。 高性能AI MCU芯片CCR7002采用多芯片封装技术集成了高性能SoC芯片子系统与AI芯片子系统,实现了高性能SoC芯片系统与低功耗AI芯片系统的有效结合。其中,高性能SoC芯片子系统搭载64位高性能四核RISC-V处理器,具有高性能、低功耗、高安全性的特点,工作频率 最高可达1.5 GHz。AI芯片子系统采用32位低功耗RISC-V处理器,实时性强,用于大小核协同工作完成复杂的应用任务。AI芯片子系统集成了NPU神经网络处理单元,提供0.3TOPS算力支持。NPU神经网络处理单元集成了卷积、池化、激活函数等多种硬件加速算子,能够高效运行MobileNet、ResNet、EfficientNet、Yolo等深度学习算法,使设备能够实时完成物体识别、目标检测、图像分类等复杂任务。AI芯片子系统的设计还考虑到了功耗和性能之间的平衡,确保了在各种应用场景中都能实现优良的表现。AI芯片子系统支持流行的深度学习框架(如TensorFlow、TensorFlow Lite、PyTorch、Caffe等),并通过量化、裁剪和模型压缩等优化技术原生加速神经网络模型,为更广泛的应用提供AI计算能力。CCR7002芯片具有高性能CPU处理能力,能够进行实时性任务处理,配合其AI芯片子系统的推理能力、丰富的外设接口,可以面向工业控制、能量控制、楼宇控制、新能源、智慧交通等领域应用。通过将计算和推理能力推向离数据源更近的位置,基于CCR7002芯片的边缘AI设备能够提供更快速、更安全的数据处理、异常检测和预测性维护能力,使得人工智能技术能够更好地应用于各种智能设备应用场景中。 支持生成式控制的端侧AI MCU CCR4001S,基于RISC-V架构32位CPU研发,带AI NPU,支持流行的深度学习框架(如TensorFlow、TensorFlow Lite、PyTorch、Caffe等),并通过量化、裁剪和模型压缩等优化技术原生加速神经网络模型,为更 广泛的应用提供AI计算能力,并支持智能控制算法与自适应变频控制算法,服务于智能家电、工业控制、新能源、机器人等领域的电机本体控制及电机环境感知决策,按照工业等级进行设计和生产,具备高可靠性。可以广泛用于工业控制和消费电子等需要轻量级AI算力需求的应用领域,包括工业电机控制和能耗优化、AI传感器、产品缺陷检测、分拣机器人、火灾报警器和预测性维护等有高可靠性需求的场景。 2、请问公司为什么要布局量子和抗量子安全领域,公司除了自有量子芯片和模组产品外,对外投资是否也涉及量子领域? 答:公司长期致力于“云-边-端”系列化自主可控高安全高性能芯片体系构建,经过多年的努力,已成为国内领先的信创和信息安全芯片及模组研发企业。对于信息安全系统而言,随机数是生成密钥的核心,是每一款信息安全产品的必要组成部分,随机数的随机性直接决定了信息安全系统的可靠性。相比于伪随机数发生器和经典噪声随机数发生器,量子随机数发生器的优势体现在其能在理论上被严格证明能产生完全不可预知随机序列。通过集成合肥硅臻研发的量子随机数发生器,公司推出了系列化量子安全芯片及量子安全模组,希望为更多领域赋能量子安全。 为了应对量子计算对现有公钥基础设施及相关密码算法的威胁, PQC(Post-Quantum Cryptography,PQC)应运而生。后量子密码学(PQC )是能够在现有电子计算机上实现的、具有抵抗未来量子计算机攻击能力的数学密码,旨在研究密码算法在量子环境下的安全性,并设计在现有计算和量子环境下均具有安全性的密码系统。基于此,公司积极进行抗量子(后量子)密码算法 IP 研发、抗量子(后量子)密码抗侧信道攻击和防护技术研究、抗量子(后量子)密码经典SoC 芯片研发。目前,国芯科技研发的抗量子(后量子)密码 SoC 芯片已完成设计并投片,正在流片中。 公司也积极对外进行量子领域的投资。2022年,公司投资了量子领域初创企业合肥硅臻芯片技术有限公司;2023年,在双方持续推进共同研发等方面的深度合作的背景下,公司对合肥硅臻进行了新一轮的投资。两轮投资金额合计为2000万元,增资后公司成为合肥硅臻第一大外部股东。 合肥硅臻是一家光量子计算和光量子安全科技企业,正在积极开展光量子计算机、光量子随机数芯片的研发和产业化工作。2023年10月,合肥硅臻的新一代量子随机数发生器芯片QRNG-10研发成功;2024年初,公司与合肥硅臻签署了战略合作协议,合作组建智能终端量子安全芯片联合实验室,基于国芯科技系列智能终端信息安全芯片和硅臻QRNG系列量子随机数发生器芯片联合开发智能终端量子安 全芯片技术和产品。2024年8月-11月,公司先后推出了集成该量子随机数发生器芯片的量子安全芯片、终端应用量子安全模组以及服务器和云应用量子安全模组等产品。未来,双方将继续整合优势资源,围绕量子安全芯片新技术,开发更多量子安全新产品、新方案,推进量子信息技术落地新应用。 2024年下半年,公司成功参股上海泓格后量子科技有限公司(以下简称“上海泓格后量子”),新增对后量子领域的投资。上海泓格后量子聚焦于后量子密码学(PQC)算法的设计、高效实现和产业化应用,未来将与公司的优势芯片设计经验、领先的信息安全产品相结合,相互赋能,共谋发展。 3、公司汽车电子芯片产品性能与国际厂商相比处于什么水平,以及公司汽车电子芯片产品下游的主要客